JP5816135B2 - 吸収ヒートポンプ及び吸収ヒートポンプの運転方法 - Google Patents

Description

本発明は吸収ヒートポンプ及び吸収ヒートポンプの運転方法に関し、特に被加熱媒体の需要の喪失後に吸収熱が発生することを回避する吸収ヒートポンプ及び吸収ヒートポンプの運転方法に関する。

各種工場等のプロセスからの廃熱を駆動熱源として利用し、駆動熱源温度より高い温度の被加熱媒体（被加熱媒体蒸気等）を取り出す熱源機械の１つに吸収ヒートポンプがある。吸収ヒートポンプは、冷媒液を蒸発させる蒸発器、冷媒蒸気を溶液で吸収させる吸収器、溶液から冷媒を離脱させる再生器、冷媒蒸気を凝縮させる凝縮器を主要構成として備えている。プロセスから吸収ヒートポンプに導入される熱量が過多になったり、凝縮器に導入される冷却水温度の低下等により凝縮器内の圧力が低下したりすると、溶液の過濃縮あるいは結晶が生じ、吸収ヒートポンプの運転の継続が困難になる。このような状況において、溶液の過濃縮あるいは結晶を回避するようにした吸収ヒートポンプとして、吸収器から希溶液配管を通って再生器に戻る希溶液を再生器入口部でバルブを備えたバイパス配管で分岐し、再生器の熱源媒体流路に散布する溶液の量を減少させ、熱源媒体から溶液への伝熱量を減少させるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００７−２４８０１３号公報（段落００３５、図３等）

上述の吸収ヒートポンプによれば、再生器における熱源媒体から溶液への伝熱量を減少させることによって出力を制限することができる。吸収ヒートポンプの出力を制限する場面は、導入される熱源媒体や冷却水の条件が変化した場合のほか、吸収ヒートポンプで生成された被加熱媒体蒸気等の需要が減少する場合にも生じ得る。しかしながら、被加熱媒体蒸気等の需要が急激に減少した場合、特許文献１の吸収ヒートポンプでは、機内に残留している溶液及び冷媒によって生じる吸収熱により吸収器内の温度が上昇して、被加熱媒体蒸気等の生成を直ちに停止するのが困難である。

本発明は上述の課題に鑑み、被加熱媒体の需要の喪失後に吸収熱が被加熱媒体に伝達されることを回避する吸収ヒートポンプ及び吸収ヒートポンプの運転方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の態様に係る吸収ヒートポンプは、例えば図１に示すように、冷媒の蒸気である冷媒蒸気Ｖｅを溶液Ｓａが吸収する際に生じる吸収熱で被加熱媒体Ｗｑを加熱する吸収器１０であって、被加熱媒体Ｗｑを流す加熱管１１と、加熱管１１に向けて溶液Ｓｗを散布する溶液散布ノズル１２と、を有する吸収器１０と；冷媒が吸収された溶液Ｓｗを加熱して溶液Ｓｗから冷媒Ｖｇを離脱させる再生器３０と；溶液Ｓｗ、Ｓａを吸収器１０及び再生器３０に通して循環させる溶液管１６、３５と；吸収器１０、再生器３０、及び溶液管１６、３５を循環していた溶液Ｓｗ、Ｓａが、加熱管１１に接触しないように、溶液Ｓａを溶液散布ノズル１２に導かずに循環する溶液Ｓｗ、Ｓａの系統における加熱管１１の下流に導くバイパス手段５０と；吸収器１０で加熱された被加熱媒体Ｗｖの需要の喪失を検出する被加熱媒体需要喪失検出手段５８と；被加熱媒体需要喪失検出手段５８が被加熱媒体Ｗｖの需要の喪失を検出したときに、溶液Ｓａが溶液散布ノズル１２を流れずにバイパス手段５０を流れるようにバイパス手段５０を制御する制御装置９９とを備える。

このように構成すると、被加熱媒体の需要の喪失後に吸収熱が被加熱媒体に伝達されることを回避することができ、需要のない加熱された被加熱媒体が生成されることを回避することができる。

また、本発明の第２の態様に係る吸収ヒートポンプは、例えば図１に示すように、上記本発明の第１の態様に係る吸収ヒートポンプにおいて、被加熱媒体需要喪失検出手段が、吸収器１０で加熱された被加熱媒体Ｗｖの圧力に関連する物理量が所定の値であることを検出する検出器５８で構成されている。検出器は、典型的には、吸収器で加熱された被加熱媒体の圧力を直接検出する圧力検出器、又は吸収器で加熱された被加熱媒体の圧力を間接的に検出する温度検出器で構成される。

このように構成すると、比較的簡便な構成で、被加熱媒体の需要の急激な減少に伴う被加熱媒体の需要の喪失を推定することができる。

また、本発明の第３の態様に係る吸収ヒートポンプは、例えば図１に示すように、上記本発明の第２の態様に係る吸収ヒートポンプにおいて、吸収器１０で加熱された被加熱媒体Ｗｖを利用先に向けて導く被加熱媒体供給管８９と；被加熱媒体供給管８９に接続された安全弁５９とを備え；所定の値が、被加熱媒体Ｗｖの需要が喪失したと推定することができる値であって、安全弁５９が開放する圧力に関連する物理量よりも小さい値に設定されている。

このように構成すると、安全弁が開放することを抑制することができる。

また、本発明の第４の態様に係る吸収ヒートポンプは、例えば図１に示すように、上記本発明の第１の態様乃至第３の態様のいずれか１つの態様に係る吸収ヒートポンプにおいて、再生器３０で溶液Ｓａから離脱した冷媒蒸気Ｖｇを導入し凝縮させて冷媒の液体である冷媒液Ｖｆを生成する凝縮器４０と；凝縮器４０内の冷媒液Ｖｆを吸収器１０に導く吸収器用冷媒液管４９と；吸収器用冷媒液管４９を介して吸収器１０に導かれた冷媒液Ｖｆを、加熱管１１に向けて散布する冷媒液散布ノズル１２とを備える。

このように構成すると、被加熱媒体の需要を喪失したときに加熱管を冷却して被加熱媒体の加熱を抑制することができると共に、溶液の希釈を行うことができる。

上記目的を達成するために、本発明の第５の態様に係る吸収ヒートポンプの運転方法は、例えば図１及び図２に示すように、被加熱媒体Ｗｑを流す加熱管１１に向けて散布された溶液Ｓａが、冷媒の蒸気である冷媒蒸気Ｖｅを吸収する際に生じる吸収熱で被加熱媒体Ｗｑを加熱する被加熱媒体加熱工程（Ｓ１）と；加熱された被加熱媒体Ｗｖの需要の喪失を検出する被加熱媒体需要喪失検出工程（Ｓ２）と；被加熱媒体需要喪失検出工程（Ｓ２）において被加熱媒体Ｗｖの需要の喪失を検出したときに、加熱管１１を流れる被加熱媒体Ｗｑが吸収熱で加熱されないように、溶液Ｓａが加熱管１１に散布されるのを回避させるバイパス工程（Ｓ３）とを備える。

このように構成すると、被加熱媒体の需要の喪失後に吸収熱が被加熱媒体に伝達されることを回避することができ、需要のない加熱された被加熱媒体が生成されることを回避することができる。

本発明によれば、被加熱媒体の需要の喪失後に吸収熱が被加熱媒体に伝達されることを回避することができ、需要のない加熱された被加熱媒体が生成されることを回避することができる。

本発明の実施の形態に係る吸収ヒートポンプの模式的系統図である。 被加熱媒体の過熱抑制の制御を説明するフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において互いに同一又は相当する部材には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。

まず図１を参照して、本発明の実施の形態に係る吸収ヒートポンプ１を説明する。図１は、吸収ヒートポンプ１の模式的系統図である。吸収ヒートポンプ１は、吸収ヒートポンプサイクルを行う主要構成機器である吸収器１０、蒸発器２０、再生器３０、及び凝縮器４０と、吸収器１０で加熱された被加熱媒体を気液分離する気液分離器８０と、制御装置９９とを備えている。吸収ヒートポンプ１は、比較的利用価値の低い低温（例えば８０℃〜９０℃程度）の排温水を熱源媒体として再生器３０及び蒸発器２０に供給して、利用価値の高い被加熱媒体蒸気Ｗｖ（例えば、圧力が約０．１ＭＰａ（ゲージ圧）を超え、望ましくは０．８ＭＰａ（ゲージ圧）程度）を気液分離器８０から取り出すことができるものである。

なお、以下の説明においては、溶液に関し、ヒートポンプサイクル上における区別を容易にするために、性状やヒートポンプサイクル上の位置に応じて「希溶液Ｓｗ」や「濃溶液Ｓａ」等と呼称するが、性状等を不問にするときは総称して「溶液Ｓ」ということとする。また、冷媒に関し、ヒートポンプサイクル上における区別を容易にするために、性状やヒートポンプサイクル上の位置に応じて「蒸発器冷媒蒸気Ｖｅ」、「再生器冷媒蒸気Ｖｇ」、「冷媒液Ｖｆ」等と呼称するが、性状等を不問にするときは総称して「冷媒Ｖ」ということとする。本実施の形態では、溶液Ｓ（吸収剤と冷媒Ｖとの混合物）としてＬｉＢｒ水溶液が用いられており、冷媒Ｖとして水（Ｈ_２Ｏ）が用いられている。また、被加熱媒体に関し、液体の被加熱媒体である「被加熱媒体液Ｗｑ」、気体の被加熱媒体である「被加熱媒体蒸気Ｗｖ」、被加熱媒体液Ｗｑと被加熱媒体蒸気Ｗｖとが混合した「混合被加熱媒体Ｗｍ」を総称して「被加熱媒体Ｗ」ということとする。本実施の形態では、被加熱媒体Ｗとして水（Ｈ_２Ｏ）が用いられている。

吸収器１０は、被加熱媒体Ｗの流路を構成する加熱管１１と、濃溶液Ｓａを散布する溶液散布ノズルとしての濃溶液散布ノズル１２とを、吸収器缶胴１７の内部に有している。濃溶液散布ノズル１２は、散布した濃溶液Ｓａが加熱管１１に降りかかるように加熱管１１の上方に配設されている。吸収器１０は、濃溶液散布ノズル１２から濃溶液Ｓａが散布され、濃溶液Ｓａが蒸発器冷媒蒸気Ｖｅを吸収する際に吸収熱を発生させる。この吸収熱を、加熱管１１を流れる被加熱媒体Ｗが受熱して、被加熱媒体Ｗが加熱されるように構成されている。吸収器１０の下部には、散布された濃溶液Ｓａが蒸発器冷媒蒸気Ｖｅを吸収して濃度が低下した希溶液Ｓｗが貯留される貯留部１３が形成されている。加熱管１１は、希溶液Ｓｗに没入しないように、貯留部１３よりも上方に配設されている。貯留部１３には、貯留された希溶液Ｓｗの液位を検出する吸収器液位検出器１４が配設されている。

蒸発器２０は、加熱媒体としての熱源温水ｈの流路を構成する伝熱管２１を、蒸発器缶胴２７の内部に有している。蒸発器２０は、蒸発器缶胴２７の内部に冷媒液Ｖｆを散布するノズルを有していない。このため、伝熱管２１は、蒸発器缶胴２７内に貯留された冷媒液Ｖｆに浸かるように配設されている（満液式蒸発器）。蒸発器２０は、伝熱管２１周辺の冷媒液Ｖｆが伝熱管２１内を流れる熱源温水ｈの熱で蒸発して蒸発器冷媒蒸気Ｖｅが発生するように構成されている。蒸発器缶胴２７内には、内部に貯留された冷媒液Ｖｆの液面の高位ＶＨを検出する高位検出器２４Ｈ及び低位ＶＬを検出する低位検出器２４Ｌを有する蒸発器液位検出器２４が配設されている。蒸発器缶胴２７の底面には、蒸発器缶胴２７内に冷媒液Ｖｆを供給する冷媒液管４５が接続されている。

吸収器缶胴１７と蒸発器缶胴２７とは、上部で接続されており、これにより、吸収器１０と蒸発器２０とが気相部で相互に連通している。吸収器１０と蒸発器２０とが気相部で連通することにより、吸収器１０及び蒸発器２０の内部の圧力が概ね等しくなっている。また、吸収器１０と蒸発器２０とが連通することにより、蒸発器２０で発生した蒸発器冷媒蒸気Ｖｅを吸収器１０に供給することができるように構成されている。吸収器１０と蒸発器２０とは、典型的には、濃溶液散布ノズル１２より上方で連通している。

再生器３０は、希溶液Ｓｗを加熱する熱源媒体としての熱源温水ｈを内部に流す熱源管３１と、希溶液Ｓｗを散布する希溶液散布ノズル３２とを、再生器缶胴３７の内部に有している。再生器３０は、散布された希溶液Ｓｗから冷媒Ｖが蒸発して濃度が上昇した濃溶液Ｓａが下部に貯留されるように構成されている。再生器３０では、希溶液Ｓｗが熱源温水ｈに加熱されることにより、希溶液Ｓｗ中の冷媒Ｖが離脱し、濃溶液Ｓａと再生器冷媒蒸気Ｖｇとが生成されるように構成されている。再生器３０の濃溶液Ｓａが貯留される部分と吸収器１０の濃溶液散布ノズル１２とは、濃溶液Ｓａを流す濃溶液管３５で接続されている。濃溶液管３５には、再生器３０の濃溶液Ｓａを吸収器１０に圧送する溶液ポンプ３５ｐが配設されている。溶液ポンプ３５ｐは、吸収器液位検出器１４と信号ケーブルで接続されたインバータ３５ｖを有しており、吸収器液位検出器１４が検出する液位に応じて回転速度が調節されて吸収器１０に圧送する濃溶液Ｓａの流量を調節することができるように構成されている。希溶液散布ノズル３２と吸収器１０の貯留部１３とは希溶液Ｓｗを流す希溶液管１６で接続されている。濃溶液管３５及び希溶液管１６には、濃溶液Ｓａと希溶液Ｓｗとの間で熱交換を行わせる溶液熱交換器３８が配設されている。

溶液ポンプ３５ｐ及び溶液熱交換器３８よりも下流側の濃溶液管３５には、濃溶液Ｓａを、濃溶液散布ノズル１２に導入されないように迂回させるバイパス手段としてのバイパス部５０が設けられている。バイパス部５０は、バイパス管５１と、バイパス管５１に配設されたバイパス弁５２とを含んで構成されている。バイパス管５１は、一端が、溶液ポンプ３５ｐ及び溶液熱交換器３８よりも下流側の濃溶液管３５に接続されており、他端が、加熱管１１よりも下方の吸収器缶胴１７内で開放されている。このようにバイパス管５１が配設されていることで、バイパス管５１を流れる濃溶液Ｓａは、加熱管１１に降りかからずに貯留部１３に導かれることとなる。バイパス弁５２は、制御装置９９と信号ケーブルで接続されており、制御装置９９からの指令により開の状態と閉の状態とを切り替えて、濃溶液Ｓａがバイパス管５１を流動するか否かを切り替えることができるように構成されている。バイパス管５１及びバイパス弁５２は、バイパス弁５２が開になったときに、濃溶液管３５を流れる濃溶液Ｓａが濃溶液散布ノズル１２に到達せずに大部分がバイパス管５１を流れるように、呼び径が決定されている。

凝縮器４０は、冷却媒体流路を形成する冷却水管４１を、凝縮器缶胴４７の内部に有している。冷却水管４１には、冷却媒体としての冷却水ｃが流れる。凝縮器４０は、再生器３０で発生した再生器冷媒蒸気Ｖｇを導入し、これを冷却水ｃで冷却して凝縮させるように構成されている。冷却水管４１は、再生器冷媒蒸気Ｖｇを直接冷却することができるように、再生器冷媒蒸気Ｖｇが凝縮した冷媒液Ｖｆに浸らないように配設されている。凝縮器４０には凝縮した冷媒液Ｖｆを蒸発器２０に送る冷媒液管４５が接続されている。冷媒液管４５には、冷媒液Ｖｆを蒸発器２０に圧送するための冷媒ポンプ４６が配設されている。冷媒ポンプ４６は、蒸発器液位検出器２４と信号ケーブルで接続されており、蒸発器液位検出器２４が検出する液位に応じて発停が制御されるように構成されている。

冷媒ポンプ４６よりも下流側の冷媒液管４５には、冷媒液Ｖｆを吸収器１０に導く吸収器用冷媒液管４９の一端が接続されている。吸収器用冷媒液管４９の他端は、吸収器缶胴１７の内部に配置されている濃溶液散布ノズル１２に接続されている。吸収器用冷媒液管４９には、内部を流れる冷媒液Ｖｆの流れを遮断する開閉弁４９ｖが配設されている。開閉弁４９ｖは、制御装置９９と信号ケーブルで接続されており、制御装置９９からの指令を受けて開閉動作をするように構成されている。吸収器用冷媒液管４９及び開閉弁４９ｖは、開閉弁４９ｖが開になったときに、冷媒液管４５を流れる冷媒液Ｖｆの一部が濃溶液散布ノズル１２に導かれ、残りは蒸発器缶胴２７内に導入されるように、呼び径が決定されている。典型的には、濃溶液散布ノズル１２に導かれる冷媒液Ｖｆが、定常運転時に吸収器１０に導入される蒸発器冷媒蒸気Ｖｅと概ね同じ質量流量となるように構成されている。開閉弁４９ｖが開となって冷媒液Ｖｆが濃溶液散布ノズル１２に導かれると、濃溶液散布ノズル１２は冷媒液散布ノズルとして機能する。換言すると、濃溶液散布ノズル１２は、濃溶液散布ノズルとしての役割を主としつつ、冷媒液散布ノズルを兼ねている。

再生器缶胴３７と凝縮器缶胴４７とは、上部で接続されており、これにより、再生器３０と凝縮器４０とが気相部で相互に連通している。再生器３０と凝縮器４０とが気相部で連通することにより、再生器３０及び凝縮器４０の内部の圧力が概ね等しくなっている。また、再生器３０と凝縮器４０とが連通することにより、再生器３０で発生した再生器冷媒蒸気Ｖｇを凝縮器４０に供給することができるように構成されている。再生器３０と凝縮器４０とは、典型的には、希溶液散布ノズル３２より上方で連通している。

気液分離器８０は、吸収器１０の加熱管１１を流れて加熱された被加熱媒体Ｗを導入し、被加熱媒体蒸気Ｗｖと被加熱媒体液Ｗｑとを分離する機器である。気液分離器８０には、内部に貯留する被加熱媒体液Ｗｑの液位を検出する気液分離器液位検出器８１が設けられている。気液分離器８０の下部と吸収器１０の加熱管１１の一端とは、被加熱媒体液Ｗｑを加熱管１１に導く被加熱媒体液管８２で接続されている。被加熱媒体液管８２には、被加熱媒体液Ｗｑを加熱管１１に向けて圧送する被加熱媒体ポンプ８３が配設されている。内部が気相部となる気液分離器８０の側面と加熱管１１の他端とは、混合被加熱媒体Ｗｍを気液分離器８０に導く加熱後被加熱媒体管８４で接続されている。

また、気液分離器８０には、蒸気として系外に供給された分の被加熱媒体Ｗを補うための補給水Ｗｓを系外から導入する補給水管８５が接続されている。補給水管８５には、気液分離器８０に向けて補給水Ｗｓを圧送する補給水ポンプ８６と、逆止弁８５ｃと、補給水Ｗｓを温水で予熱する補給水熱交換器８７Ｂと、希溶液Ｓｗと熱交換させて補給水Ｗｓをさらに加熱する補給水熱交換器８７Ａとが、補給水Ｗｓの流れ方向に向かってこの順に配設されている。補給水ポンプ８６は、気液分離器液位検出器８１と信号ケーブルで接続されており、気液分離器８０内の被加熱媒体液Ｗｑの液位に応じて発停が制御されるように構成されている。補給水熱交換器８７Ａは、補給水Ｗｓと希溶液Ｓｗとを熱交換させるように、補給水管８５と、溶液熱交換器３８よりも上流側の希溶液管１６とに配設されている。また、気液分離器８０には、被加熱媒体蒸気Ｗｖを系外に供給する被加熱媒体供給管としての被加熱媒体蒸気供給管８９が上部（典型的には頂部）に接続されている。被加熱媒体蒸気供給管８９には、内部の圧力を検出する被加熱媒体需要喪失検出手段としての圧力センサ５８と、安全弁５９とが設けられている。圧力センサ５８は、制御装置９９と信号ケーブルで接続されており、検出された値を信号として制御装置９９に送信することができるように構成されている。

気液分離器８０は、典型的には、加熱管１１内で被加熱媒体液Ｗｑの一部が蒸発して被加熱媒体液Ｗｑと被加熱媒体蒸気Ｗｖとが混合した混合被加熱媒体Ｗｍを導入するが、被加熱媒体液Ｗｑのまま気液分離器８０に導いて減圧し一部を気化させて混合被加熱媒体Ｗｍとしたものを気液分離させるようにしてもよい。被加熱媒体液Ｗｑを減圧気化するには、オリフィス等の絞り手段を用いることができる。加熱管１１内で被加熱媒体液Ｗｑの一部を蒸発させるか否かは、典型的には、被加熱媒体ポンプ８３及び／又は補給水ポンプ８６の吐出圧力を調節することにより、加熱管１１内の圧力を被加熱媒体液Ｗｑの温度に相当する飽和圧力よりも高くするか否かによって調節することができる。

制御装置９９は、吸収ヒートポンプ１の運転を制御する機器である。制御装置９９は、被加熱媒体ポンプ８３と信号ケーブルで接続されており、この発停や回転速度の調節を行うことができるように構成されている。これまでの説明では吸収器液位検出器１４の出力を直接入力して制御されることとした溶液ポンプ３５ｐ、蒸発器液位検出器２４の出力を直接入力して制御されることとした冷媒ポンプ４６、及び気液分離器液位検出器８１の出力を直接入力して制御されることとした補給水ポンプ８６も、制御装置９９を介して（検出器の出力信号を一旦制御装置９９に入力して）制御されることとしてもよい。また、制御装置９９は、開閉弁４９ｖ及びバイパス弁５２に、それぞれ信号を送信して弁の開閉動作をさせることができるように構成されている。また、制御装置９９は、圧力センサ５８と信号ケーブルで接続されており、圧力センサ５８で検出された値を信号として受信することができるように構成されている。

引き続き図１を参照して、吸収ヒートポンプ１の作用を説明する。吸収ヒートポンプ１の定常運転時は、開閉弁４９ｖ及びバイパス弁５２が、共に閉となっている。まず、冷媒側のサイクルを説明する。凝縮器４０では、再生器３０で蒸発した再生器冷媒蒸気Ｖｇを受け入れて、冷却水管４１を流れる冷却水ｃで冷却して凝縮し、冷媒液Ｖｆとする。凝縮した冷媒液Ｖｆは、冷媒ポンプ４６で蒸発器２０に送られ、蒸発器缶胴２７の底部から蒸発器缶胴２７内に導入される。このとき、蒸発器缶胴２７内に貯留される冷媒液Ｖｆの液面が低位ＶＬと高位ＶＨとの間に収まるように、蒸発器液位検出器２４の検出液位に応じて冷媒ポンプ４６の発停が制御される。典型的には、冷媒液Ｖｆの液面が低位ＶＬまで下降したことを低位検出器２４Ｌが検出したら冷媒ポンプ４６が起動し、液面が高位ＶＨまで上昇したことを高位検出器２４Ｈが検出したら冷媒ポンプ４６が停止する。蒸発器缶胴２７内に貯留された冷媒液Ｖｆは、伝熱管２１内を流れる熱源温水ｈによって加熱され、蒸発して蒸発器冷媒蒸気Ｖｅとなる。蒸発器２０で発生した蒸発器冷媒蒸気Ｖｅは、蒸発器２０と連通する吸収器１０へと移動する。

次に吸収ヒートポンプ１の溶液側のサイクルを説明する。吸収器１０では、濃溶液Ｓａが濃溶液散布ノズル１２から散布され、この散布された濃溶液Ｓａが蒸発器２０から移動してきた蒸発器冷媒蒸気Ｖｅを吸収する。蒸発器冷媒蒸気Ｖｅを吸収した濃溶液Ｓａは、濃度が低下して希溶液Ｓｗとなる。吸収器１０では、濃溶液Ｓａが蒸発器冷媒蒸気Ｖｅを吸収する際に吸収熱が発生する。この吸収熱により、加熱管１１を流れる被加熱媒体液Ｗｑが加熱される（被加熱媒体加熱工程）。ここで、被加熱媒体蒸気Ｗｖを取り出すための気液分離器８０まわりの作用について説明する。

気液分離器８０には、系外から補給水Ｗｓが補給水管８５を介して導入される。補給水Ｗｓは、補給水ポンプ８６により補給水管８５を圧送され、まず補給水熱交換器８７Ｂで温度が上昇した後に、補給水熱交換器８７Ａで希溶液Ｓｗと熱交換してさらに温度が上昇して、気液分離器８０に導入される。気液分離器８０に導入された補給水Ｗｓは、被加熱媒体液Ｗｑとして気液分離器８０の下部に貯留される。気液分離器８０の下部に貯留される被加熱媒体液Ｗｑが適切な液位になるように、補給水ポンプ８６が制御される。気液分離器８０の下部に貯留されている被加熱媒体液Ｗｑは、被加熱媒体ポンプ８３で吸収器１０の加熱管１１に送られる。加熱管１１に送られた被加熱媒体液Ｗｑは、吸収器１０における上述の吸収熱により加熱される。加熱管１１で加熱された被加熱媒体液Ｗｑは、一部が蒸発して被加熱媒体蒸気Ｗｖとなった混合被加熱媒体Ｗｍとして、気液分離器８０に向けて加熱後被加熱媒体管８４を流れる。あるいは、加熱後被加熱媒体管８４を、温度が上昇した被加熱媒体液Ｗｑが流れることとしてもよく、この場合、被加熱媒体液Ｗｑは、気液分離器８０に導入される際に減圧され、一部が蒸発して被加熱媒体蒸気Ｗｖとなった混合被加熱媒体Ｗｍとして気液分離器８０に導入される。気液分離器８０に導入された混合被加熱媒体Ｗｍは、被加熱媒体液Ｗｑと被加熱媒体蒸気Ｗｖとが分離される。分離された被加熱媒体液Ｗｑは、気液分離器８０の下部に貯留され、再び吸収器１０の加熱管１１に送られる。他方、分離された被加熱媒体蒸気Ｗｖは、被加熱媒体蒸気供給管８９に導出され、蒸気利用場所に供給される。

再び吸収ヒートポンプ１の溶液側のサイクルの説明に戻る。吸収器１０で蒸発器冷媒蒸気Ｖｅを吸収した濃溶液Ｓａは、濃度が低下して希溶液Ｓｗとなり、貯留部１３に貯留される。貯留部１３内の希溶液Ｓｗは、重力及び吸収器１０と再生器３０との内圧の差により再生器３０に向かって希溶液管１６を流れ、補給水熱交換器８７Ａで補給水Ｗｓと熱交換して温度が低下した後に、溶液熱交換器３８で濃溶液Ｓａと熱交換してさらに温度が低下して、再生器３０に至る。再生器３０に送られた希溶液Ｓｗは、希溶液散布ノズル３２から散布される。希溶液散布ノズル３２から散布された希溶液Ｓｗは、熱源管３１を流れる熱源温水ｈ（本実施の形態では約８５℃前後）によって加熱され、散布された希溶液Ｓｗ中の冷媒が蒸発して（離脱して）濃溶液Ｓａとなり、再生器３０の下部に貯留される。他方、希溶液Ｓｗから蒸発した冷媒Ｖは再生器冷媒蒸気Ｖｇとして凝縮器４０へと移動する。再生器３０の下部に貯留された濃溶液Ｓａは、溶液ポンプ３５ｐにより、濃溶液管３５を介して吸収器１０の濃溶液散布ノズル１２に圧送される。このとき、吸収器１０の貯留部１３に貯留された希溶液Ｓｗが所定の液位になるように、吸収器液位検出器１４の検出液位に応じてインバータ３５ｖにより溶液ポンプ３５ｐの回転速度（ひいては吐出流量）が調節される。濃溶液管３５を流れる濃溶液Ｓａは、溶液熱交換器３８で希溶液Ｓｗと熱交換して温度が上昇してから吸収器１０に流入し、濃溶液散布ノズル１２から散布される。以降、同様のサイクルを繰り返す。

上記のような溶液Ｓ及び冷媒Ｖのサイクルを行う吸収ヒートポンプ１は、運転を停止するには、停止後に温度が低下しても溶液が結晶しない濃度以下に濃溶液Ｓａを希釈する希釈運転が行われ、希釈運転が終了した後に停止される。このため、吸収ヒートポンプ１は、運転停止の指令（信号）を受けた後、直ちに停止されるのではなく、希釈運転を経た後に停止される。他方、被加熱媒体蒸気Ｗｖの需要が低下し、吸収ヒートポンプ１の運転を必要としなくなった場合は、吸収ヒートポンプ１が停止されることとなるが、希釈運転中にも、機内に残留する蒸発器冷媒蒸気Ｖｅが濃溶液散布ノズル１２から散布される濃溶液Ｓａに吸収されることで吸収熱が発生し、被加熱媒体蒸気Ｗｖの生成が続いている。被加熱媒体蒸気Ｗｖの需要がなくなっても被加熱媒体蒸気Ｗｖが生成され続けると、被加熱媒体蒸気管８９の内部の圧力及び温度が上昇して、装置が損傷する可能性があるので、これを防ぐために例えば安全弁５９から被加熱媒体蒸気Ｗｖが放出される。安全弁５９が開くと、吸収ヒートポンプ１の管理者は異常の発生の有無を疑うため、また、騒音の発生や白煙に見える蒸気の放出を防ぐ観点からも、極力安全弁５９が開かないようにするのが好ましい。そこで、吸収ヒートポンプ１では、以下のような制御を行うこととしている。

図２は、被加熱媒体Ｗの過熱抑制の制御を説明するフローチャートである。吸収ヒートポンプ１は、定常運転時は、上述した吸収器１０における吸収熱を発生させる作用により、被加熱媒体Ｗを加熱している（被加熱媒体加熱工程：Ｓ１）。吸収ヒートポンプ１は、被加熱媒体加熱工程中、制御装置９９が、圧力センサ５８で検出された圧力が所定の圧力以上となったか否かを判断することにより（Ｓ２）、被加熱媒体蒸気Ｗｖの需要の喪失の有無を検出している（被加熱媒体需要喪失検出工程）。被加熱媒体蒸気Ｗｖの需要が減少すると、被加熱媒体蒸気Ｗｖの消費量が少なくなるため、被加熱媒体蒸気供給管８９内の被加熱媒体蒸気Ｗｖの量が増加して、被加熱媒体蒸気供給管８９内の圧力が増大するので、被加熱媒体蒸気供給管８９内の圧力が所定の圧力（所定の値）まで上昇したことをもって、被加熱媒体蒸気Ｗｖの需要が喪失したと推定することとしている。この趣旨から、所定の圧力は、被加熱媒体蒸気Ｗｖの需要が喪失したと推定することができる圧力であって、安全弁５９が開放する圧力未満の圧力である。

圧力センサ５８で検出された圧力が所定の圧力以上となったか否かを判断する工程（Ｓ２）において、所定の圧力以上となっていない場合は、被加熱媒体蒸気Ｗｖの需要が喪失していないと推定して、被加熱媒体加熱工程（Ｓ１）に戻る。他方、所定の圧力以上となっている場合は、制御装置９９がバイパス弁５２に開信号を送信して、バイパス弁５２を開にする（Ｓ３）。バイパス弁５２が開になると、濃溶液ポンプ３５ｐによって圧送されて濃溶液管３５を流れてきた濃溶液Ｓａが、濃溶液散布ノズル１２に導かれずに、バイパス管５１を流れて加熱管１１の下部で吸収器缶胴１７内に放出される（バイパス工程）。このバイパス工程によって、濃溶液Ｓａは、濃溶液散布ノズル１２から加熱管１１に散布されず、すなわち加熱管１１を迂回する。これにより、吸収器缶胴１７内において、吸収熱が加熱管１１内を流れる被加熱媒体Ｗに伝達されることが回避され、ひいては被加熱媒体蒸気Ｗｖが生成されることが回避される。

吸収ヒートポンプ１では、さらに、制御装置９９が開閉弁４９ｖに開信号を送信して、開閉弁４９ｖを開にする（Ｓ４）。開閉弁４９ｖが開になると、冷媒ポンプ４６によって圧送されて冷媒液管４５を流れてきた冷媒液Ｖｆが、吸収器用冷媒液管４９にも流れ、濃溶液散布ノズル１２から散布される（冷媒液散布工程）。濃溶液散布ノズル１２から散布された冷媒液Ｖｆは、加熱管１１に降りかかって加熱管１１を冷却することとなる。これにより、加熱管１１内を流れる被加熱媒体Ｗが冷却され、被加熱媒体蒸気Ｗｖが生成されることが回避されることをより確実にしている。さらに、吸収器缶胴１７内に冷媒液Ｖｆが導かれることで、吸収器缶胴１７内の溶液Ｓが希釈される。

開閉弁４９ｖを開にしたら、制御装置９９は、吸収ヒートポンプ１の希釈運転を開始する（Ｓ５）。希釈運転は、あらかじめ決められた時間をかけて行われる。その間、制御装置９９は、希釈運転が終了したか否かを判断する（Ｓ６）。制御装置９９は、希釈運転が終了していなければ、希釈運転を行う工程（Ｓ５）に戻る。他方、希釈運転が終了した場合は、制御装置９９は、バイパス弁５２及び開閉弁４９ｖを閉にして（Ｓ７）、吸収ヒートポンプ１を停止する。

以上で説明したように、吸収ヒートポンプ１によれば、圧力センサ５８で検出された圧力が所定の圧力以上となったか否かを判断することにより、被加熱媒体蒸気Ｗｖの需要の喪失の有無を検出し、被加熱媒体蒸気Ｗｖの需要を喪失したときに、バイパス弁５２を開にして、濃溶液Ｓａが加熱管１１に接触するのを回避し、吸収熱が加熱管１１（被加熱媒体Ｗ）に伝達されるのを回避させるので、希釈運転の終了を待たずに被加熱媒体蒸気Ｗｖの生成を速やかに停止させることができ、被加熱媒体蒸気Ｗｖが安全弁５９から放出されることを回避することができる。

以上の制御の説明では、説明の便宜上、バイパス弁５２及び開閉弁４９ｖを開とし（Ｓ３、Ｓ４）、その後に希釈運転（Ｓ５）に移行することとしたが、希釈運転に移行した後にバイパス弁５２及び開閉弁４９ｖを開とすることとしてもよく、バイパス弁５２の開（Ｓ３）、開閉弁４９ｖの開（Ｓ４）、希釈運転（Ｓ５）を同時に行うこととしてもよい。しかしながら、被加熱媒体蒸気Ｗｖの需要喪失後に速やかに吸収熱が加熱管１１に伝達されることを回避するため、バイパス弁５２の開（Ｓ３）を最初に行うことが好ましい。

以上の制御の説明では、説明の便宜上、バイパス弁５２を開き（Ｓ３）、その後に開閉弁４９ｖを開にする（Ｓ４）こととしたが、典型的にはバイパス弁５２の開（Ｓ３）及び開閉弁４９ｖの開（Ｓ４）が同時に行われる。また、開閉弁４９ｖを開にする工程（Ｓ４）は、省略してもよい。この場合、吸収器用冷媒液管４９及び開閉弁４９ｖを省略することができ、吸収ヒートポンプ１の装置構成を簡略化することができる。

以上の説明では、他端が加熱管１１よりも下方の吸収器缶胴１７内で開放されているバイパス管５１を設けることにより、濃溶液Ｓａの流れが加熱管１１を迂回することができるようにしたが、濃溶液ポンプ３５ｐと濃溶液散布ノズル１２との間の濃溶液管３５に一端が接続されたバイパス管５１の他端は、希溶液管１６に接続されていてもよく、あるいは再生器缶胴３７に接続されていてもよい。しかしながら、吸収ヒートポンプ１の内部の圧力関係を考慮すると、円滑な運転を行う観点から、バイパス管５１の他端は加熱管１１よりも下方の吸収器缶胴１７内で開放されていることが好ましい。

以上の説明では、バイパス弁５２が、濃溶液管３５から分岐したバイパス管５１に配設された二方弁であるとしたが、濃溶液管３５とバイパス管５１との分岐部に設けられる三方弁としてもよい。三方弁を用いることとすると、濃溶液Ｓａがバイパス管５１を流れる際にさらに確実に濃溶液Ｓａが濃溶液散布ノズル１２に導入されないようにすることができる。なお、三方弁に代えて、バイパス管５１に二方弁を配設すると共にバイパス管５１の分岐部よりも下流側の濃溶液管３５にも二方弁を設けて、２つの二方弁を相互に切り替えるように構成してもよい。同様に、開閉弁４９ｖが、吸収器用冷媒液管４９に配設された二方弁に代えて、冷媒液管４５と吸収器用冷媒液管４９との分岐部に設けられる三方弁として、冷媒液Ｖｆを濃溶液散布ノズル１２に導くときは蒸発器缶胴２７内に導かれないように構成してもよく、三方弁に代えて、吸収器用冷媒液管４９との分岐部よりも下流側の冷媒液管４５と、吸収器用冷媒液管４９とのそれぞれに二方弁を設け、２つの二方弁を相互に切り替えるように構成してもよい。

以上の説明では、被加熱媒体需要喪失検出手段が圧力センサ５８で構成されていることとしたが、圧力センサ５８に代えて被加熱媒体蒸気供給管８９内の被加熱媒体蒸気Ｗｖの温度を検出する温度センサで構成されていてもよく、あるいは、吸収ヒートポンプ１の停止信号を検出する機器等、被加熱媒体蒸気Ｗｖの需要の喪失が予測される契機となる事実を検出するものであればよい。被加熱媒体需要喪失手段を温度センサとした場合、被加熱媒体蒸気供給管８９内の圧力が所定の圧力となるときの被加熱媒体蒸気Ｗｖ温度を所定の温度（所定の値）として設定し、温度センサが所定の温度まで上昇したことをもって、被加熱媒体蒸気Ｗｖの需要が喪失したと推定することとなる。

以上の説明では、吸収器用冷媒液管４９の他端が濃溶液散布ノズル１２に接続されていて、濃溶液散布ノズル１２が濃溶液Ｓａを散布するノズルと冷媒液散布ノズルとを兼ねているとしたが、冷媒液散布ノズルを濃溶液散布ノズル１２とは別に設けることとしてもよい。なお、冷媒液Ｖｆによる加熱管１１の冷却を行わなくてもよい場合は、吸収器用冷媒液管４９及び開閉弁４９ｖは、設けられていなくてもよい。

以上の説明では、吸収ヒートポンプ１が、吸収器１０及び蒸発器２０を１つずつ備える単段の吸収ヒートポンプであるとしたが、吸収器１０及び蒸発器２０を作動温度の異なる２組あるいは３組以上に構成して、２段あるいは３段以上の多段の吸収ヒートポンプとしてもよい。

１ 吸収ヒートポンプ
１０ 吸収器
１１ 加熱管
１２ 濃溶液散布ノズル（兼冷媒液散布ノズル）
１６ 希溶液管
２０ 蒸発器
３０ 再生器
３５ 濃溶液管
４０ 凝縮器
４９ 吸収器用冷媒液管
４９ｖ 開閉弁
５０ バイパス部
５１ バイパス管
５２ バイパス弁
５８ 圧力センサ
５９ 安全弁
８０ 気液分離器
９９ 制御装置
Ｓａ 濃溶液
Ｓｗ 希溶液
Ｖｅ 蒸発器冷媒蒸気
Ｖｆ 冷媒液
Ｖｇ 再生器冷媒蒸気
Ｗ 被加熱媒体
Ｗｑ 被加熱媒体液
Ｗｖ 被加熱媒体蒸気

Claims (4)

1. 冷媒の蒸気である冷媒蒸気を溶液が吸収する際に生じる吸収熱で被加熱媒体を加熱する吸収器であって、前記被加熱媒体を流す加熱管と、前記加熱管に向けて前記溶液を散布する溶液散布ノズルと、を有する吸収器と；
   前記加熱管を流れて加熱された前記被加熱媒体を導入して前記被加熱媒体の蒸気である被加熱媒体蒸気と前記被加熱媒体の液である被加熱媒体液とに分離する気液分離器と；
   前記冷媒が吸収された溶液を加熱して前記溶液から前記冷媒を離脱させる再生器と；
   前記溶液を前記吸収器及び前記再生器に通して循環させる溶液管と；
   前記再生器において前記冷媒が離脱した前記溶液を前記吸収器に圧送する溶液ポンプと；
   前記吸収器、前記再生器、及び前記溶液管を循環していた前記溶液が、前記加熱管に接触しないように、前記溶液を前記溶液散布ノズルに導かずに前記循環する溶液の系統における前記加熱管の下流に導くバイパス手段と；
   前記吸収器で加熱された前記被加熱媒体の需要の喪失を検出する被加熱媒体需要喪失検出手段と；
   前記被加熱媒体需要喪失検出手段が前記被加熱媒体の需要の喪失を検出したときに、前記溶液が前記溶液散布ノズルを流れずに前記バイパス手段を流れるように前記バイパス手段を制御する制御装置と；
   前記再生器で前記溶液から離脱した冷媒蒸気を導入し凝縮させて前記冷媒の液体である冷媒液を生成する凝縮器と；
   前記凝縮器内の前記冷媒液を前記吸収器に導く吸収器用冷媒液管と；
   前記吸収器用冷媒液管に設けられて前記吸収器用冷媒液管の内部を流れる冷媒液の流れを遮断可能な開閉弁と；
   前記吸収器用冷媒液管を介して前記吸収器に導かれた前記冷媒液を、前記加熱管に向けて散布する冷媒液散布ノズルとを備え；
   前記溶液散布ノズルは前記冷媒液散布ノズルを兼ねており；
   前記制御装置は、前記被加熱媒体需要喪失検出手段が前記被加熱媒体の需要の喪失を検出したときに、前記開閉弁を開にして前記冷媒液散布ノズルを兼ねる前記溶液散布ノズルから前記冷媒液を散布するように前記開閉弁を制御する；
   吸収ヒートポンプ。
2. 前記被加熱媒体需要喪失検出手段が、前記吸収器で加熱された前記被加熱媒体の圧力に関連する物理量が所定の値であることを検出する検出器で構成された；
   請求項１に記載の吸収ヒートポンプ。
3. 前記吸収器で加熱された前記被加熱媒体を利用先に向けて導く被加熱媒体供給管と；
   前記被加熱媒体供給管に接続された安全弁とを備え；
   前記所定の値が、前記被加熱媒体の需要が喪失したと推定することができる値であって、前記安全弁が開放する圧力に関連する物理量よりも小さい値に設定された；
   請求項２に記載の吸収ヒートポンプ。
4. 被加熱媒体を流す加熱管に向けて散布された溶液が、冷媒の蒸気である冷媒蒸気を吸収する際に生じる吸収熱で前記被加熱媒体を加熱して前記被加熱媒体の蒸気である被加熱媒体蒸気と前記被加熱媒体の液である被加熱媒体液とに分離する被加熱媒体加熱工程と；
   加熱された前記被加熱媒体の需要の喪失を検出する被加熱媒体需要喪失検出工程と；
   前記被加熱媒体需要喪失検出工程において前記被加熱媒体の需要の喪失を検出したときに、前記加熱管を流れる前記被加熱媒体が前記吸収熱で加熱されないように、前記溶液が前記加熱管に散布されるのを回避させるバイパス工程と；
   前記冷媒が吸収された溶液を加熱して前記溶液から前記冷媒を離脱させ、前記溶液から離脱した冷媒蒸気を凝縮して生成した冷媒液を、前記被加熱媒体需要喪失検出工程において前記被加熱媒体の需要の喪失を検出したときに、前記加熱管に向けて散布する冷媒液散布工程とを備える；
   吸収ヒートポンプの運転方法。

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